Криоэлектронная микроскопия оболочечных вирусов на базе усовершенствованного просвечивающего электронного микроскопа: вирусы гриппа типа A, B и коронавирус SARS-CoV-2

Методы криоэлектронной микроскопии незаменимы в области структурных исследований оболочечных вирусов – опасных патогенов человека и животных, но требуют высокоспециализированного оборудования, а также тщательной пробоподготовки. В настоящей работе использованы возможности просвечивающего электронного микроскопа JEOL JEM-2100, дополненного скрининговым держателем, и представлены предварительные данные криоэлектронной микроскопии для штаммов вирусов гриппа A и B, а также SARS-CoV-2, инактивированного бета-пропиолактоном. Анализ изображений позволяет: (1) отличить «пустые» вирусные частицы от «полных» (содержащих нуклеокапсид); (2) визуализовать липидный бислой оболочки вириона; (3) у вирионов вируса гриппа идентифицировать поверхностные антигены и слой белка М1 в комплексе с внутренним монослоем липидной мембраны; (4) различить S-шипы разной морфологии на поверхности инактивированных вирионов SARS-CoV-2. Разработанный подход обеспечивает хорошее качество изображений для исследований как фундаментального, так и прикладного характера.

1. Kordyukova L.V., Shtykova E.V., Baratova L.A., Svergun D.I., Batishchev O.V. Matrix proteins of enveloped viruses: a case study of Influenza A virus M1 protein. J. Biomol. Struct. Dyn. 2019;37(3):671–690.

2. Fujiyoshi Y., Kume N.P., Sakata K., Sato S.B. Fine structure of influenza A virus observed by electron cryomicroscopy. EMBO J. 1994;13(2):318–326.

3. Calder L.J., Wasilewski S., Berriman J.A., Rosenthal P.B. Structural organization of a filamentous influenza A virus. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010;107(23):10685–10690.

4. Benton D.J., Wrobel A.G., Xu P., Roustan C., Martin S.R., Rosenthal P.B., Skehel J.J., Gamblin S.J. Receptor binding and priming of the spike protein of SARS-CoV-2 for membrane fusion. Nature. 2020;588(7837):327–330.

5. Kordyukova L.V., Shanko A.V. COVID-19: Myths and reality. Biochemistry (Mosc.). 2021;86(7):800–817.

6. Wan Y., Shang J., Sun S., Tai W., Chen J., Geng Q., He L., Chen Y., Wu J., Shi Z., Zhou Y., Du L., Li F. Molecular mechanism for antibody-dependent enhancement of coronavirus entry. J. Virol. 2020;94(5):e02015-19.

7. Liu C., Mendonça L., Yang Y., et al. The architecture of inactivated SARS-CoV-2 with postfusion spikes revealed by Cryo-EM and Cryo-ET. Structure. 2020;28(11):1218-1224.e4.

8. Yao H., Song Y., Chen Y., et al. Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus. Cell. 2020;183(3):730–738.e13.

9. Shtykova E.V., Baratova L.A., Fedorova N.V., Radyukhin V.A., Ksenofontov A.L., Volkov V.V., Shishkov A.V., Dolgov A.A., Shilova L.A., Batishchev O.V., Jeffries C.M., Svergun D.I. Structural analysis of influenza A virus matrix protein M1 and its self-assemblies at low pH. PLoS One. 2013;8(12):e82431. 0. Kordyukova L.V., Konarev P.V., Fedorova N.V., Shtykova E.V., Ksenofontov A.L., Loshkarev N.A., Dadinova L.A., Timofeeva T.A., Abramchuk S.S., Moiseenko A.V., Baratova L.A., Svergun D.I., Batishchev O.V. The cytoplas-mic tail of influenza A virus hemagglutinin and membrane lipid composition change the mode of M1 protein association with the lipid bilayer. Membranes. 2021;11(10):772.

10. Kordyukova L.V., Moiseenko A.V., Serebryakova M.V., Shuklina M.A., Sergeeva M.V., Lioznov D.A., Shanko A.V. Structural and immunoreactivity properties of the SARS-CoV-2 spike protein upon the development of an inactivated vaccine. Viruses. 2023;15(2):480.

11. Gracheva A.V., Korchevaya E.R., Ammour Yu.I., Smirnova D.I., Sokolova O.S., Glukhov G.S., Moiseenko A.V., Zubarev I.V., Samoilikov R.V., Leneva I.A., Svitich O.A., Zverev V.V., Faizuloev E.B. Immunogenic properties of SARS-CoV-2 inactivated by ultraviolet light. Arch. Virol. 2022;167(11):2181–2191.